《三维有限元数据场的可视化研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三维有限元数据场的可视化研究（66页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、武汉大学 硕士学位论文 三维有限元数据场的可视化研究 姓名：杨安林 申请学位级别：硕士 专业：水工结构工程 指导教师：陈胜宏 20040425 摘要 有限元分析过程中产生相当数量的数据信息，将这些数据可视化可以使研究人员能够 直接、迅速地观察到计算模拟结果。而A V S 软件是一种面向应用的通用可视化系统，它把 科学计算可视化技术与计算机能力结合在一起，通过A V S 软件提供的模块可以快速开发出 一个可视化程序框架。因此笔者在A V S 软件的基础上二次开发了三维有限元数据场可视化 程序P o s t C O R E 。所完成的主要工作及取得的成果为： 首先收集和整理了科学计算可视化技术及可
2、视化技术在有限元中应用的资料，介绍了 相关的图形学基本原理和有限元基本理论，总结了A V S E x p r e s s 高级可视化软件的组成和 特点。 其次在A V S 软件的基础上开发了三维有限元数据场可视化程序，实现了有限元计算的 三维几何模型、网格模型及网格模型的消隐、三维几何模型上任意剖切面的彩色云图、等 值线图、位移矢量图、三维几何模型的表面等值线图、等值面图、等值体图、单元收缩图， 每个图形中都可以进行数据的交互探查。并且将本程序和S u r f e r 软件分别对同一三维有限 元计算数据进行可视化，并将可视化结果进行对比分析，验证了本程序的正确性。 最后，总结了论文的研究工作并
3、提出了进一步研究的方向。 关键字：可视化，图形学，A V S E x p r e s s 软件，有限元，程序 S U M M A R Y L o t so f d a t aa r ec r e a t e di nt h ef i n i t ee l e m e n t ( F E ) a n a l y s i s W h e nt h ed a t aa r ev i s u a l i z e d ，t h e F Es i m u l a t i o nr e s u l t sc a l lg e td i r e c t l ya n dq u i c k l yb yr e
4、s e a r c h e r s A V Ss o f t w a r ei sau n i v e r s a l v i s u a l i z a t i o ns y s t e m ，w h i c hl i n k st h et e c h n i q u eo fs c i e n c ec o m p u t a t i o nv i s u a l i z a t i o na n dt h e c o m p u t e r Sa b i l i t y Av i s u a l i z a t i o np r o g r a m f r a m ec a nb e
5、d e v e l o p e d b a s eo nt h eA V S Sm o d u l e T h ea u t h o ro f t h i st h e s i sd e v e l o p e da p r o g r a m f o r3 DF Ed a t af i e l d s0 1 1t h eb a s eo f A V S s o f t w a r e ， w h i c hi sn a m e da sP o s t C O R E T h em a i nw o r k sa n da c h i e v e m e n t sc o m p l e t
6、e da r ea sf o l l o w s ： F i r s t l y , t h ed o c u m e n t a t i o na b o u t t h et e c h n i q u eo f s c i e n c ec o m p u t a t i o nv i s u a l i z a t i o na n dt h e a p p l i c a t i o no fv i s u a l i z a t i o nt e c h n i q u e i nF Ea r ec o l l e c t e da n dc l a s s i f i e d T
7、 h ef i m d a m e n to f g r a p h i c sa n dt h e b a s i ct h e o r yo fF Ea r ei n t r o d u c e d T h ee l e m e n ta n dt h ef e a t u r ea b o u tt h e a d v a n c e dv i s u a lA V S E x p r e s ss o f t w a r ea r es u m m a r i z e d S e c o n d l y ，a v i s u a l i z a t i o np r o g r a m
8、a b o u t3 D F Ed a t af i e l d si sd e v e l o p e do nt h eb a s eo f A V S s o f t w a r e I tC a nc r e a t e3 D g e o m e t r ym o d e l 、m e s h m o d e l 、t h ee l i m i n a t i o na b o u tt h eh i d el i n ei n m e s hm o d e l 、c o l o rc l o u dp i c t u r e 、i s o l i n eg r a p h 、d i
9、s t a n c e v e c t o r g r a p h 、s u r f a c e i s o l i n eg r a p ho f 3 D g e o m e t r y m o d e l 、i s o s u r f a c eg r a p h 、i s o v o l u m eg r a p ha n dc e l ls h r i n kg r a p h - U s e rm a yp r o b e d a t ai n t e r a c t i v e l yi ne v e r yg r a p h B e s i d e s ，t h e s a n
10、3 ec a l c u l a t i o nd a t aa r ev i s u a l i z e db yt h e P o s t C O R Ep r o g r a ma n dS u r f e rs o f t w a r e ，a n dac o n t r a s ta b o u tt h es f l n l ev i s u a lg r a p hi sm a d e ， w h i c h p r o v e t h ec o r r e c t n e s so f t h ep r o g r a m F i n a l l y , a c o n c l
11、 u s i o na n dt h ed i s c u s s i o na b o u t t h en e x t s t u d y o nt h i st o p i ca r eg i v e n K e y w o r d s ：v i s u a l i z a t i o n ；g r a p h i c s ；A V S E x p r e s ss o f t w a r e ；f i n i t ed e m e n t ；p r o g r a m I I 郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭、造假 等违反学术道德、学术规范
12、和侵权行为，本人愿意承担由此而产生的法律后果和法律责任， 特此郑重声明。 学位论文作者( 签名) ： 2 0 0 4 盈 引言 本课题组拥有独自开发的有限元计算核心程序C O R E ，运用该程序进行有限元分析时 会产生相当数量的数据信息，尽管现在有很多商业软件如S u r f e r 、S U P E R S A P 、A N S Y S 、 A B Q U S 、M A R C 、A S K A T 等都可以将该数据信息转化成图形，方便研究人员直接、迅速 地观察到计算模拟结果，但是在某些方面往往不易满足要求，因此开发程序C O R E 的可视 化程序是迫在眉睫。而A V S 软件是一种面向
13、应用的通用可视化系统，它把科学计算可视化 技术与计算机能力结合在一起，通过A V S 软件提供的模块可以快速开发出一个可视化程序 框架。因此笔者在A V S 软件的基础上二次开发了三维有限元数据场可视化程序P o s t C O R E 。 该程序可以实现的主要功能为：有限元计算的三维几何模型、网格模型及网格模型的 消隐、三维几何模型上任意剖切面的彩色云图、等值线图、位移矢量图、三维几何模型的 表面等值线图、等值面图、等值体图、单元收缩图，每个图形中都可以进行数据的交互探 杏。 第一章绪论 1 1 选题的目的和意义 有限元分析过程中产生相当数量的数据信息，这些信息要被分析者理解，并加以利用，
14、可视化是非常重要的。可视化技术利用人的视觉和计算机，根据数据产生的图像，利用颜 色、密度、透明度、文字等技术，将不可见变为可见，在短时间内通过图形传递大量信息， 使研究人员能够直接、迅速地观察到计算模拟结果。它不仅丰富了科学发现的过程，而且 给研究人员带来了灵感和启迪，赋予人们深入观察事务内部的洞察力，提高科研人员分析 问题和解决问题的能力。 当前商业有限元软件层出不穷，如S U P E R S A P 、A N S Y S 、A B Q U S 、M A R C 、A s 盯 等都被广泛使用。这些软件对计算结果的可视化功能很强，使用方便、使用面广。可是， 虽然通用有限元软件的可视化功能发展已
15、经很成熟了，但是仍然不能包罗万象。特别是在 水电工程中，有限元分析中产生的数据不仅极其庞杂，而且对计算结果的可视化要求也有 其个性化的一面，所以开发专用的可视化软件具有必要的实际意义。另外，本课题组拥有 独自开发的有限元计算核心程序C O R E ，针对其计算数据开发具有独立知识产权的有限元 可视化程序也具有重要的实际意义。着眼于此，本人在A V S E x p r e s s 软件的基础上结合科 学计算可视化技术进行了三维有限元数据场的可视化程序P o s t C O R E ( P o s tC o d eo fR o c k E n g i n e e r i n g ) 开发，搭建了一
16、个初步的整体框架，为后续进一步的研究作了一点铺垫。 1 2 科学计算可视化技术的发展及研究现状 1 2 1 科学计算可视化技术的发展 1 9 8 6 年，美国科学基金会( N S F ) 专门召开了一次研讨会，会上提出了科学计算可视 化，第二年美国M e C o r m c k 等向美国国家科学基金会提交了“科学计算可视化研究报告” 以后，美国国家科学基金会正式把科学计算可视化列为重点资助项目( 唐伏良，张向明等， 1 9 9 7 ) 。这标志着科学计算可视化技术正式被提出。 最早开展科学可视化工作的当属美国的L o s A l a m o s 国家实验室。他们的工作始于2 0 世纪5 0 年代。所用的设备从最初的打印机、打印绘图仪和笔式绘图仪到6 0 年代的图形交 l 互设备和动画( 电影) 胶片制作设备，都是当时最先进的。L i v e r m o r e 实验室在可视化方面 的工作开展的也比较早，他们在7 0 年代就用上了T M D S ( T e l e v i s i o n M o n i t o r D i s p
